X射线套件中的图像整合和机器人内窥镜控制制造技术

技术编号:15196706 阅读:95 留言:0更新日期:2017-04-21 03:50
一种用于在X射线图像空间(35)内校准具有远侧顶端(46)的机器人器械(42)的工作站。所述工作站采用校准控制器(50)以用于响应于所述机器人器械(42)的所述远侧顶端(46)在所述X射线图像空间(35)内的不同姿态的X射线图像(36)而校准所述机器人器械(42)的RCM长度,并且所述工作站还采用机器人器械控制器(40)以用于根据所述RCM校准来控制在所述X射线图像空间(35)内对所述机器人器械(42)的引导。所述机器人器械(42)可以包括内窥镜,由此所述校准控制器(50)还被用于响应于X射线图像空间(35)的所述X射线图像(36)和一幅或多幅内窥镜图像(48)而校准所述机器人器械(42)的焦距,以用于根据所述RCM/焦距校准而在所述X射线图像空间(35)内的引导。

Image integration and robotic endoscope control in X ray Suite

Workstation for calibrating a robotic device (42) with a distal tip (46) in a X ray image space (35). The workstation using a calibration controller (50) in response to the robot device (42) of the distal end (46) in the X - ray image space (35) different posture X ray image in (36) and calibration of the robot device (42) and the length of the RCM. The station is also the robot controller device (40) for calibration according to the RCM control in the X - ray image space (35) of the robot apparatus (42) guide. The robot apparatus (42) includes endoscope, whereby the calibration controller (50) is also used in response to the X - ray image space (35) of the X ray image (36) and one or more images of endoscopic images (48) and calibration of the robot device (42) the focal length for the focal length calibration according to the RCM/ and the X - ray image space (35) inside the guide.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及利用在微创流程(例如,心脏手术、腹腔镜手术、经自然腔道手术、单切口腹腔镜手术、肺/支气管镜检查手术和诊断介入)期间采集的X射线图像来执行针对机器人内窥镜的校准流程。本专利技术更具体涉及对用于在微创流程期间引导机器人内窥镜的X射线/内窥镜图像的整合(integration)。
技术介绍
微创手术使用通过小端口被插入到患者身体中的细长器械来执行。在这些流程期间的主要可视化方法是内窥镜检查。在机器人引导的微创手术中,器械中的一个或多个通过机器人设备、特别是内窥镜来保持和控制。具体地,被放置在患者身体上的小端口是仅有的切口点,器械和内窥镜可以穿过所述切口点进入患者的内部。这样,器械能够围绕这些支点旋转,但是它们不能在端口强加平移力,因为这将对患者造成损伤和损害。这对于机器人引导的手术而言是尤其重要的,因为机器人可能潜在地施加大的力。这样,一些已知的机器人通过强迫在端口处仅可以执行旋转并且在该端口处的所有平移力都被消除而在支点处实施所谓的远程运动中心(RCM)。这能够通过实施具有在空间中的特定位置处的远程运动中心的机械设计并且然后将空间中的该点与端口对齐来实现。一旦机器人被插入到患者身体中并且适当的RCM位置被选择,机器人就能够根据内窥镜图像来进行控制。为了使控制环闭合,图像坐标与机器人关节空间之间的数学变换必须被建立(在本领域中被称为图像雅可比矩阵)。整个过程在本领域中被称为系统校准,并且需要各种步骤,诸如相机和机器人校准。此外,为了提供完全校准,在相机与考虑中的器官/对象之间的深度需要被测量,并且这样的测量通常根据图像或者使用专用传感器。术中X射线成像可以被用于补充在流程期间的内诊镜检查。例如,对于微创冠状动脉旁路手术,术中X射线被用于识别动脉狭窄或者确认血管再形成。因为该成像模态使用电离辐射,所以对于患者和手术室职员来说减少在流程期间所采集的X射线图像的数量是有益的。为了改善两种成像模态的质量,系统必须允许模态之间的目标交叉识别。例如,如果动脉狭窄在内窥镜图像中不可见而在X射线图像中可见,则整合这些图像并在内窥镜图像中描绘狭窄的方法将极大改善工作流程,并且减少操作时间,以及降低并发症的可能性。此外,根据X射线图像对内窥镜的控制将导致对内窥镜的视场之外的目标的更好的可视化和检测。为了执行所有这些整合,对内窥镜的校准以及对机器人的校准必须被执行。校准手术室中的机器人和内窥镜的过程受制于各种问题。一个问题是,相机校准是需要由经过训练的人在手术之前执行的额外步骤。该过程是耗时且易出错的。第二问题是,如果用户在手术期间改变相机参数中的一些参数(例如,缩放),那么内窥镜必须被从患者移除并且被重新校准,这可能是不可接受的,因为其将中断工作流程。第三问题是,如果用户相对于机器人移动内窥镜(例如,更深地插入到身体中,以在没有光学缩放的普通种类的内窥镜的情况下执行机械缩放),那么系统必须被重新校准或机器人必须使用额外的传感器。第四问题是,校准可能需要深度信息,所述深度信息是使用深度发现算法可得到的(例如,来自运动的形状或类似物),但是这种测量通常是含噪声的,这可能引起不稳定性。这些问题可能降低系统的可用性并且干扰工作流程,这将导致流程成本的增加和较低的可接受率。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于根据在微创流程(例如,心脏手术、腹腔镜手术、经自然腔道手术、单切口腹腔镜手术、肺/支气管镜检查手术和诊断介入)期间采集的X射线图像来执行针对机器人器械的一系列校准的校准控制器。本专利技术还提供了一种用于整合X射线/内窥镜图像以及根据X射线图像促进对机器人内窥镜的引导的校准控制器。本专利技术的一种形式是一种用于在X射线模态的X射线图像空间内校准具有远侧顶端的机器人器械的工作站。所述工作站采用校准控制器,所述校准控制器用于响应于由X射线模态生成所述机器人器械的远侧顶端在X射线图像空间内的不同姿态的多幅X射线图像,来校准所述机器人器械的RCM长度。所述工作站还采用机器人器械控制器,所述机器人器械控制器用于根据由所述校准控制器对所述机器人器械的RCM长度的所述校准来控制对所述X射线图像空间内的所述机器人器械的引导。出于本专利技术的目的,包括但不限于“工作站”、“校准”、“X射线图像”、“X射线图像空间”、“X射线模态”、“焦点顶端”、“姿态”和“引导”的本领域的术语应当如在本专利技术的领域中理解的那样并且如在本文中示例性描述的那样进行解读。出于本专利技术的目的,(1)术语“机器人器械”宽泛地涵盖了由球形机器人保持的器械的所有结构配置,(2)术语“器械”宽泛地涵盖了如在本领域中已知的在微创流程期间使用的任何和所有器械、工具等,包括但不限于:任何类型的窥镜、抓取器、剪切器和超声探头。(3)术语“球形机器人”宽泛地涵盖了被结构地配置有如在本专利技术的领域中理解并且如在本文中示例性地描述的同心地连接用于实施远程运动中心(“RCM”)的臂节段的一个或多个关节的机动化控制的任何机器人设备,以及(4)术语“RCM长度”宽泛地涵盖了如在本专利技术的领域中理解并且如在本文中示例性地描述的在圆形机器人的RCM与由该圆形机器人保持的器械的远侧顶端之间的距离的长度。本专利技术的第二形式涉及专有地或内含地包括内窥镜的机器人器械以及所述工作站,所述工作站采用校准控制器,以用于响应于由X射线模态生成前面提到的X射线图像并且还响应于由所述机器人器械生成X射线图像空间中的一幅或多幅内窥镜图像,来校准所述机器人器械的焦距(focallength)。根据对RCM长度的校准以及机器人器械的焦距,所述校准控制器还可以控制用于显示的X射线图像和(一幅或多幅)内窥镜图像的图像整合。出于本专利技术的目的,还包括但不限于“内窥镜图像”、“图像整合”和“显示器”的本领域的术语应当如在本专利技术的领域中理解的那样并且如在本文中示例性地描述的那样进行解读。出于本专利技术的目的,术语“内窥镜”宽泛地涵盖了如在本专利技术的领域中理解的并且如在本文中示例性地描述的被结构地配置有从身体的内部进行成像的能力。内窥镜的范例包括但不限于任何类型的窥镜:柔性的或刚性的(例如,内窥镜、关节镜、气管镜、胆总管镜、结肠窥镜、膀胱镜、十二指肠镜、胃镜、腹腔镜、喉头镜、神经镜、耳镜、推进式肠镜、鼻喉镜、乙状结肠镜、窦腔镜、胸膜检查镜、阴道镜、胸腔镜、乙状结肠镜、神经内窥镜等)以及与配备有图像系统的窥镜类似的任何设备)。成像是局部的,并且表面图像可以利用光纤、透镜、和微型化的(例如,基于CCD的)成像系统(例如,腹腔镜超声)光学地获得。出于本专利技术的目的,术语“焦距”宽泛地涵盖了如在本专利技术的领域中理解的并且如在本文中示例性地描述的从远侧焦点顶端延伸的内窥镜的视场的长度。出于本专利技术的目的,术语“控制器”宽泛地涵盖了被容纳在工作站内或者被链接到工作站的专用主板或专用整合电路的所有结构配置,以用于如在本文中顺序地描述的那样控制本专利技术的各种创造性原理的应用。控制器的结构配置可以包括但不限于:(一个或多个)处理器、(一个或多个)计算机可用/计算机可读存储介质、操作系统、(一个或多个)应用模块、(一个或多个)外围设备控制器、(一个或多个)插槽和(一个或多个)端口。工作站的范例包括但不限于一个或多个计算设备(例如,客户端计算机、台式电脑和平板电脑)、显本文档来自技高网
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X射线套件中的图像整合和机器人内窥镜控制

【技术保护点】
一种用于在X射线模态(32)的X射线图像空间(35)内校准具有远侧顶端(46)的机器人器械(42)的工作站,所述工作站包括:校准控制器(50),其能操作用于响应于由所述X射线模态(32)生成所述机器人器械(42)的所述远侧顶端(46)在所述X射线图像空间(35)内的不同姿态的多幅X射线图像(36)而控制对所述机器人器械(42)的RCM长度的校准;以及机器人器械控制器(40),其能操作用于与所述校准控制器(50)通信,以根据由所述校准控制器(50)对所述机器人器械(42)的所述RCM长度的所述校准来控制对所述X射线图像空间(35)内的所述机器人器械(42)的引导。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.15 US 62/024,5321.一种用于在X射线模态(32)的X射线图像空间(35)内校准具有远侧顶端(46)的机器人器械(42)的工作站,所述工作站包括:校准控制器(50),其能操作用于响应于由所述X射线模态(32)生成所述机器人器械(42)的所述远侧顶端(46)在所述X射线图像空间(35)内的不同姿态的多幅X射线图像(36)而控制对所述机器人器械(42)的RCM长度的校准;以及机器人器械控制器(40),其能操作用于与所述校准控制器(50)通信,以根据由所述校准控制器(50)对所述机器人器械(42)的所述RCM长度的所述校准来控制对所述X射线图像空间(35)内的所述机器人器械(42)的引导。2.根据权利要求1所述的工作站,其中,所述校准控制器(50)能操作用于在由所述X射线模态(32)生成所述X射线图像(36)时控制对所述机器人器械(42)的所述RCM长度的所述校准。3.根据权利要求1所述的工作站,其中,由所述校准控制器(50)对所述机器人器械(42)的所述RCM长度的所述校准的控制包括:所述校准控制器(50)能操作用于响应于所述X射线图像(36)中的至少两幅X射线图像而计算所述机器人器械(42)的所述RCM长度。4.根据权利要求3所述的工作站,其中,由所述校准控制器(50)对所述机器人器械(42)的所述RCM长度的计算包括:所述校准控制器(50)能操作用于在所述X射线图像(36)的所述至少两幅X射线图像中的每幅X射线图像的图像平面内勾画所述机器人器械(42)。5.根据权利要求4所述的工作站,其中,由所述校准控制器(50)对所述机器人器械(42)的所述RCM长度的所述计算还包括:所述校准控制器(50)能操作用于根据在所述至少两幅X射线图像(36)的所述图像平面内勾画的所述机器人器械(42)的交点来计算所述机器人器械(42)的所述RCM长度。6.根据权利要求1所述的工作站,其中,所述机器人器械(42)包括内窥镜;并且其中,所述校准控制器(50)还能操作用于响应于所述的由所述X射线模态(32)生成所述X射线图像(36)并且还响应于由所述机器人器械(42)生成所述X射线图像空间(35)的至少一幅内窥镜图像(48)而控制对所述机器人器械(42)的焦距的校准。7.根据权利要求6所述的工作站,其中,所述校准控制器(50)能操作用于在由所述X射线模态(32)生成所述X射线图像(36)时并且在由所述机器人器械(42)生成所述至少一幅内窥镜图像(48)时控制对所述机器人器械(42)的所述焦距的所述校准。8.根据权利要求7所述的工作站,其中,所述机器人器械控制器(40)还能操作用于与所述校准控制器(50)通信,以根据由所述校准控制器(50)对所述机器人器械(42)的所述RCM长度和所述焦距的所述校准来控制对所述X射线图像空间(35)内的所述机器人器械(42)的引导。9.根据权利要求6所述的工作站,其中,所述校准控制器(50)还能操作用于根据对所述机器人器械(42)的所述焦距的所述校准来整合所述X射线图像(36)和所述至少一幅内窥镜图像(48)。10.根据权利要求9所述的工作站,还包括:显示控制器(60),其能操作用于与所述校准控制器(50)通信,以控制由所述校准控制器(50)对所述X射线图像(36)和所述至少一幅内窥镜图像(48)的所述整合的显示。11.根据权利要求6所述的工作站,其中,由所述校准控制器(50)对所述机器人器械(42)的所述焦距的所述校准的控制包括:所述校准控制器(50)能操作用于响应于所述X射线图像(36)中的至少三幅X射线图像和所述至少一幅内窥镜图像(48)而计算所述机器人器械(42)的所述焦距。12.根据权利要求11所述的工作站,其中,由所述校准控制器(50)对所述焦距的计算还包括:所述校准控制器(50)能操作用于响应于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:A·波波维奇A·L·赖因施泰因D·P·努南
申请(专利权)人:皇家飞利浦有限公司
类型:发明
国别省市:荷兰;NL

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